ICP-MS法測定石斛中重金屬元素的含量

楊世波 張滿常 楊麗英 李曉頎

（保山市食品藥品檢驗檢測中心，云南 保山 678000）

石斛屬（Dendrobium Sw.）是蘭科植物中第二大屬，全世界約有1 400種，廣泛分布于亞洲、歐洲、大洋洲等地。我國有76種石斛，分布于秦嶺以南諸地區(qū)，尤其以云南南部為多[1]。在我國傳統(tǒng)醫(yī)學(xué)中，石斛屬植物有30多種的新鮮或干燥莖被收做藥用，具有滋陰清熱、益胃生津、潤肺止咳的功效[2]。石斛在《神農(nóng)本草經(jīng)》中被列為上品，與人參、靈芝、冬蟲夏草等并稱“中華九大仙草”，其位居之首?，F(xiàn)代科學(xué)研究也證明，從事有毒、有害物作業(yè)的工人，如果能科學(xué)地選擇保健膳食，則可有效地減輕甚至抵消職業(yè)有害因素對人體的危害[3]。2010年版《中國藥典》記載了鐵皮石斛和紫皮石斛的藥用功效，其中以鐵皮石斛的藥用價值為最優(yōu)。

紫皮石斛（Dendrobium devoninum Paxt.）又名齒瓣石斛、紫皮蘭、萬丈須，是藥用植物石斛的一個品種，是極具高原特色優(yōu)勢的生物資源，以云南龍陵紫皮石斛尤為出名[4]。鐵皮石斛（Dendrobi?um candidium Wall.ex Lindl.）又名黑節(jié)草、云南鐵皮、鐵皮斗，是蘭科草本植物，表面灰綠色、黃綠色或略帶金黃色，有多數(shù)縱皺紋，有時可見殘留的灰白色葉鞘，質(zhì)堅實，易折斷，斷面平坦，略角質(zhì)狀。鐵皮石斛因其藥用價值高，治病防病功效明顯，養(yǎng)生保健療效顯著，現(xiàn)代藥理研究證明其具有抗腫瘤、抗衰老、降血糖等作用[5]，被列入《中國藥典》。石斛的加工方法繁多且復(fù)雜，石斛楓斗是由石斛鮮條的莖經(jīng)加工而成的半成品，在制作過程中需要人工邊烤邊扭曲成螺旋狀或彈簧狀[6]。目前市場上除了傳統(tǒng)的石斛楓斗外，還出現(xiàn)了一些深加工產(chǎn)品，比如石斛含片、石斛膠囊、石斛口服液等[7]產(chǎn)品，它們大多以石斛的粉末或顆粒為主要原料。本研究以保山兩個產(chǎn)地的紫皮和鐵皮石斛為研究對象，分別對其鮮條、楓斗和成品粉進(jìn)行重金屬檢測，測試方法簡單易行，無需復(fù)雜儀器和設(shè)備，為石斛重金屬檢測提供便捷可靠的檢測依據(jù)。

1 材料與方法

1.1 儀器、劑藥與材料

1.1.1 儀器

美國Thermo Fisher iCAP Qc電感耦合離子質(zhì)譜儀（美國賽默飛公司）；YHZ-1820-I超純水系統(tǒng)（杭州恒諾微電子有限公司）；Multiwave TM PRO微波消解儀（奧地利安東帕有限公司）；CAP 225D電子分析天平（德國賽多利斯公司）；GS趕酸器（南京瑞尼克有限公司）；FW 100萬能超速粉碎機(jī)（北京永光明有限公司）；各型號容量瓶、移液管和量具（使用前經(jīng)20%硝酸溶液浸泡24 h以上，一級純水清洗多次自然晾干）。

1.1.2 試劑與標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)

65%優(yōu)級純硝酸（德國默克股份有限公司）；標(biāo)準(zhǔn)調(diào)諧液：7Li、59Co、89Y、205Tl、156CeO、140Ce（美國賽默飛公司）；ICP分析專用（GNM-M33198-2013）多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液（100 ug/mL，國家有色金屬分析檢測中心，唯一標(biāo)識為GNM-M33198-2013-17D2065，相對擴(kuò)展不確定度k=2時，U為1.4%）；柑橘葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW 10020（GSB-11），國家標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)研究中心。

1.1.3 材料

石斛樣品分別采集于龍陵縣龍山鎮(zhèn)和騰沖市團(tuán)田鄉(xiāng)兩個產(chǎn)地，樣品采集點信息見表1。

表1 樣品采集點信息

1.2 方法

1.2.1 樣品預(yù)處理

取石斛樣品均勻切碎，石斛鮮條烘干，置烘箱37±1.0℃烘烤24 h，充分揮發(fā)貯存過程中藥材飲片潮解吸收的水分，冷卻至室溫后采用高速萬能粉碎機(jī)打磨至粗粉，過80目篩。樣品預(yù)處理結(jié)束后，分別收集于自封袋中待測，用記號筆標(biāo)注采集地點、樣品名稱及編號。

1.2.2 重金屬元素測定方法與原理

參照食品國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.268-2016[8]，采用微波消解法對樣品進(jìn)行前處理后，由電感耦合等離子體質(zhì)譜儀（ICP-MS）測定。以元素特定質(zhì)量數(shù)（質(zhì)荷比，m/z）定性，采用外標(biāo)法，以待測元素質(zhì)譜信號與內(nèi)標(biāo)元素質(zhì)譜信號的強(qiáng)度比與待測元素的濃度成正比，對石斛中鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）5種重金屬的含量進(jìn)行定量分析。

1.2.3 微波消解條件

稱取石斛試樣（龍山紫皮石斛鮮條、楓斗和石斛粉，團(tuán)田鐵皮石斛鮮條、楓斗、石斛粉）約0.3～0.5 g（精確至0.000 1 g）置于清洗干凈且經(jīng)過高溫烘干的微波聚四氟乙烯消解罐中，加入65%優(yōu)級純硝酸8 mL，混勻，置于趕酸器（110℃）上預(yù)消解30 min。旋緊罐蓋置于微波消解儀中，參照楊世波[9]等ICP-MS法測定藥材中重金屬含量的工作條件進(jìn)行微波消解。消解結(jié)束后取出消解罐放入通風(fēng)櫥中，冷卻至室溫后，緩慢打開罐蓋排氣，于趕酸器上（145℃）趕酸至0.5 mL左右。趕酸完畢應(yīng)得到無色或淡黃色的澄清溶液，用超純水反復(fù)洗滌消解罐，萃取4～5次，將洗滌液合并于25 mL容量瓶中，用0.3%稀硝酸溶液定容，混勻備用?？瞻讓φ战M使用同法制備。

1.2.4 ICP-MS工作條件

ICP-MS的儀器工作參數(shù)見表2。

表2 儀器工作條件及參數(shù)

1.2.5 標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制與標(biāo)準(zhǔn)曲線繪制

1.2.5.1 標(biāo)準(zhǔn)儲備液的配制

精密量取ICP分析專用多元素標(biāo)準(zhǔn)溶液，用體積分?jǐn)?shù)為1.0%的酸溶液逐級稀釋，稀釋為1 mL中分別含10 μg鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）的標(biāo)準(zhǔn)儲備溶液，備用。

1.2.5.2 系列標(biāo)準(zhǔn)溶液的配制

分別精密量取多元素混合儲備液適當(dāng)，用體積分?jǐn)?shù)為0.3%的硝酸純水配制成每1 mL中分別含有鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）為20 ng、40 ng、60 ng、80 ng、100 ng的系列濃度標(biāo)準(zhǔn)溶液（現(xiàn)配現(xiàn)用）。

1.2.5.3 標(biāo)準(zhǔn)曲線的繪制數(shù)據(jù)

測試中每個標(biāo)準(zhǔn)溶液平行測定3次，以金屬元素濃度的平均數(shù)值繪制5種重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線，實測數(shù)值見表3。

表3 五種重金屬元素的標(biāo)準(zhǔn)曲線濃度的平均數(shù)值（n=3）

五種重金屬元素的線性數(shù)據(jù)具體見表4。

表4 五種重金屬元素的線性關(guān)系

由表4可知，五種重金屬的標(biāo)準(zhǔn)曲線相關(guān)系數(shù)R2在0.998 7～0.999 9之間，線性范圍為0～100 ng/mL，線性關(guān)系良好。

2 結(jié)果與分析

2.1 方法檢出限（LoD）

LoD（limit of detection）值是儀器的最低檢出限，是一個能夠判斷檢測方法、儀器靈敏的度量度指標(biāo)。五種重金屬的最低檢出限見表5，數(shù)據(jù)表明鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）的檢出限均達(dá)到檢測要求，且儀器的靈敏度較高。

表5 五種重金屬元素的最低檢出限

2.2 精密度試驗

在設(shè)定相同的工作狀態(tài)下平行測定6次石斛處理樣品并求其平均值，分別計算五種重金屬元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差，結(jié)果數(shù)據(jù)見表6。五種重金屬元素的處理溶液所測定的RSD≤5.0%，表明相對標(biāo)準(zhǔn)偏差均較小，儀器精密度良好。

表6 石斛中五種重金屬元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差（n=6）

2.3 重復(fù)性試驗

以龍山紫皮石斛粉試樣溶液為例，平行進(jìn)樣11次，在相同儀器工作情況下測定五種重金屬元素含量，求平均值，結(jié)果見表7。

表7 五種重金屬元素的相對標(biāo)準(zhǔn)偏差

五種重金屬元素的試樣溶液RSD%<5.0%，n=11，表明該試驗方法重復(fù)性良好。

2.4 加標(biāo)回收率試驗

以龍山紫皮石斛粉為例，平行進(jìn)樣6次，在前處理試樣中精密量取并加入適量多元素混合標(biāo)準(zhǔn)溶液，測定并計算各元素回收率和RSD值，結(jié)果見表8。

表8 五種重金屬元素的加標(biāo)回收率（n=6）

五種重金屬元素試樣溶液的回收率在94～105%之間，加標(biāo)回收率良好，且RSD%≤5.0%。

2.5 方法準(zhǔn)確性試驗

本次檢測采用柑橘葉成分分析標(biāo)準(zhǔn)物質(zhì)GBW10020（GSB-11）作為參考，來評價檢測方法的準(zhǔn)確性，分析結(jié)果見表9。結(jié)果表明測定數(shù)據(jù)與參考數(shù)據(jù)基本相符，且RSD%<5.0%。說明該檢測方法準(zhǔn)確可靠。

表9 標(biāo)準(zhǔn)參考物質(zhì)測試結(jié)果與標(biāo)準(zhǔn)參考值的比較（n=6）

2.6 檢測結(jié)果

每個石斛樣品測定3組數(shù)據(jù)，設(shè)置重復(fù)測定3次，數(shù)據(jù)處理詳見艾薇[10]等關(guān)于保山羅勒的微量元素測定的方法。在溫度17.1℃，濕度45%下稱取的石斛樣品質(zhì)量（精確至小數(shù)點后四位）數(shù)據(jù)見表10。

表10 稱取石斛樣品的重量

根據(jù)食品國家標(biāo)準(zhǔn)GB 5009.268-2016中的電感耦合等離子質(zhì)譜法（ICP-MS）中的公式所計算得出的平均值即為五種重金屬的平均測定含量，見表11。

表11 五種重金屬元素的平均含量（n=6）

2.7 含量分析

2.7.1 紫皮與鐵皮石斛中五種重金屬元素含量的對比分析

根據(jù)紫皮和鐵皮石斛樣品檢測結(jié)果，建立五種重金屬元素含量分析圖（a～e）。

由分析圖1可知，紫皮石斛和鐵皮石斛樣品中均檢測出一定含量的五種重金屬元素：鉻（Cr）平均含量排列順序為6>3>1>5>2>4；團(tuán)田鐵皮石斛粉（6號）中鉻含量最高，為4.06 mg/kg；團(tuán)田鐵皮石斛鮮條（4號）鉻含量最低，為0.127 mg/kg；團(tuán)田鐵皮石斛鮮條（4號）低于其楓斗含量（5號），而龍山紫皮石斛鮮條（1號）含量卻高于其楓斗含量（2號）。鉛（Pb）平均含量排列順序為5>6>2>3>1>4；團(tuán)田鐵皮石斛楓斗（5號）鉛含量最高，為0.372 mg/kg；在團(tuán)田鐵皮石斛鮮條（4號）鉛含量最低，為0.028 9 mg/kg；同一產(chǎn)地石斛鉛含量呈現(xiàn)出：石斛楓斗＞石斛粉＞石斛鮮條。銅（Cu）平均含量排列順序為6>3>2>5>1>4；團(tuán)田鐵皮石斛粉（6號）含量最高，為4.23 mg/kg；團(tuán)田鐵皮石斛鮮條（4號）含量最低，為0.425 mg/kg；同一產(chǎn)地石斛銅含量呈現(xiàn)出：石斛粉＞楓斗＞鮮條。砷（As）平均含量排列順序為5>6>3>1>4>2；團(tuán)田鐵皮石斛楓斗（5號）含量最高，為0.108 mg/kg，龍山紫皮石斛楓斗（2號）含量最低，為0.011 0 mg/kg。鎘（Cd）平均含量排列順序為6>5>2>3>1>4；團(tuán)田鐵皮石斛粉（6號）含量最高，為0.160 mg/kg；團(tuán)田鐵皮石斛鮮條（4號）含量最低，為0.015 1 mg/kg。

圖1 石斛中重金屬元素含量分析圖

本試驗運用《藥用植物及制劑進(jìn)出口綠色行業(yè)標(biāo)準(zhǔn)》來判斷本試驗的石斛樣品是否存在重金屬超標(biāo)。標(biāo)準(zhǔn)中重金屬及砷鹽限量指標(biāo)為As≤2.0 mg/kg，Pb≤5.0 mg/kg，Cu≤20.0 mg/kg，Cd≤0.3 mg/kg，Cr未見規(guī)定。結(jié)合計算數(shù)據(jù)可知，所測六組石斛樣品中的Cu、As、Cd、Pb四種重金屬元素均符合標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定。

2.7.2 兩個產(chǎn)地石斛中五種重金屬元素含量的對比分析

根據(jù)圖2可知：從整體來看，鮮條、楓斗、石斛粉中鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）五種重金屬元素含量基本一致（除兩個產(chǎn)地石斛鮮條中鉻含量有較大差異外），銅（Cu）元素含量都較高的，砷（As）和鎘（Cd）元素含量都較低的。

圖2 兩個產(chǎn)地石斛中五種重金屬元素含量對比圖

單從兩個產(chǎn)地石斛鮮條樣品來看，龍山紫皮石斛五種重金屬元素均高于團(tuán)田鐵皮石斛，除鉻含量有較大差異外，其他重金屬元素含量變化基本一致；單從兩個產(chǎn)地石斛楓斗樣品來看，團(tuán)田鐵皮石斛中鉻（Cr）、鉛（Pb）、砷（As）和鎘（Cd）的含量均高于龍山紫皮石斛楓斗，而銅（Cu）的含量卻比其略低；單從兩個產(chǎn)地石斛粉樣品來看，團(tuán)田鐵皮石斛中鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）五種重金屬元素均略高于龍山紫皮石斛粉，且含量變化基本一致，鉻（Cr）和銅（Cu）兩種重金屬元素都較高。

3 結(jié)論與展望

石斛樣品中均能檢測出一定量的鉻（Cr）、銅（Cu）、砷（As）、鎘（Cd）、鉛（Pb）重金屬。通過對比，兩個產(chǎn)地、不同品種、不同屬性之間的重金屬元素含量各異，但均未超標(biāo)。

保山市作為石斛栽培的重要地區(qū)更應(yīng)該對石斛栽培中的農(nóng)藥使用量進(jìn)行嚴(yán)格把控，加強(qiáng)綠色無公害的石斛種植，促進(jìn)其種植產(chǎn)業(yè)的發(fā)展。著重推廣綠色健康的石斛產(chǎn)品，對保山本地石斛進(jìn)行宣傳推廣，努力發(fā)展地方經(jīng)濟(jì)特色，增加特色產(chǎn)品的經(jīng)濟(jì)盈利。其次，推動石斛產(chǎn)業(yè)鏈的發(fā)展，打造保山特色食用石斛品牌。石斛產(chǎn)業(yè)是一個開發(fā)度尚低的市場，發(fā)展?jié)摿薮?，通過對石斛的研究，總結(jié)生產(chǎn)與種植技術(shù)，更好地推動石斛經(jīng)濟(jì)的發(fā)展。